＿ 萋 １０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１６７３－３３５５．２０１０．０３．０１５ 关于高炉设计及改造中几个问题的探讨 宋 华 摘要：介绍不同时期高炉炉底、炉缸耐火材料的设计方案，通过对各种方案的分析比较，提出提高高炉寿命的设计方案。 关键词：炉底；炉缸；陶瓷杯；炭块 中图分类号：ＴＦ５７文献标识码：Ｂ文章编号：１６７３—３３５５（２０１０）０３－００１５－０３ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ａｂｏｕｔ Ｓｅｖｅｒａｌ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ Ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ ｉｎ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｍｏｄｉｉｃａｔｉｆｏｎ ｏｆ Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒｎａｃｅｓ ＳｏｎｇＨｕａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｓ ｏｆ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｈｅａｒｔｈｓ ａｎｄ ｂｏｔｔｏｍｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｅｒｉｏｄｓ ａｒｅ ｄｅＳＣｒｉｂｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ．Ａ ｄｅｓｉｇｎ ｔｏ ｐｒｏｌｏｎｇ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅｓ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｔｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｏｔｔｏｍ；ｈｅａｒｔｈ；ｃｅｒａｍｉｃ ｃｕｐ 影响高炉寿命的因素主要有高炉设计、高炉 耐材质量、高炉生产操作等几种。现代高炉设计 在继承传统的基础上，对有一些传统结构已经做 出了改变，但在其它一些方面仍然保留原有的设 计结构，并没有创新改进。 １耐热混凝土 （１）新旧结构比较 １一半石墨炭砖；２一高强度粘上浇注料；３一碳 素捣打料；４一低温粗缝糊。 图１炉底结构图 ６０年代以前，高炉炉底耐火材料基本 是高 铝砖，没有风冷或水冷。因此，炉底和钢筋混凝 土之问设有耐热混凝土的基墩，以保护钢筋混凝 土基础。 如今，高炉炉底不仅应用了高导热半石墨化 质炭块，而且还有冷却水冷却系统（见图１）。 由于炉底冷却水的最高温度一般都能控制在 ４０℃以下，耐热混凝土基墩始终处在４０ 以下的 １－－Ｓ一１０炭捣料；２－－炉底冷却水管；３一钢筋混凝土。 图２改进后的炉底冷却结构 环境温度中。因此，完全可以用钢筋混凝土替代， 所以在新高炉设计时应取消耐热混凝土基墩。只 在炉底冷却水管处保留１００～２００ ｍｍ的耐热混凝土 （见图２）。 （２）改进结构优点 与钢筋混凝土的差价×用量）； ②由于ｓ一１０炭捣料与炉底冷却水管的接触面 积能够达到９０％以上，而原有结构的接触面积仅 为５０％，采用新结构将更有利于炉底的导热，增 加冷却强度。 ①能加快施工速度，降低投资（耐热混凝土 Ｉ．北满特殊钢有限责任公司Ｔ程师，黑龙江富拉尔基１６１０４１ ２０１０≮第３ ｙｚ．ｊｓ＠ｃｆｈｉ．ｃｏｍ ＼弱鼹ｃ ４ ５ 《 张｜ 一量技市 ２ 炉缸陶瓷杯结构的改进 （１）陶瓷杯工作原理 陶瓷杯结构能够保证炭块在陶瓷杯存在的期间 内不会发生环状断裂，使炉缸寿命达到十年以上的 长寿目标。生产实践结果表明，陶瓷杯的实际使用 寿命只有３ ５年，当陶瓷杯失去作用后，就成为 全碳的工作内衬了。现在复合炉缸中的陶瓷砌体的 主要作用是减少炉缸的散热损失，提高铁水温度和 降低焦比，因此陶瓷砌体的寿命应越长越好。 （２）延长陶瓷杯寿命的方法 ①提高陶瓷砌体制品的质量。为了提高抵抗铁 水冲刷侵蚀和抵抗碱金属侵蚀的能力，采用已开发 出的微孑Ｌ高抗蚀陶瓷砌体制品。但是，在陶瓷砌体 制品理化性能提高的同时，制造成本也随之升高， 但陶瓷砌体的使用寿命能否达到预期效果，还有待 生产实践的检验； ②改进结构。在提高陶瓷砌体制品的质量的同 时，再把小块模压炭砖（或炭块）与小块陶瓷砌体 砖进行咬合砌筑，以彻底消除从下到上的通缝。 在日前普遍采用的设计结构中，陶瓷杯砖与炭 块之间存在通缝，由于炭块与特长杯砖之间一般用 树脂泥浆填充，干燥后会出现缝隙。一旦缝隙中钻 入铁水便会形成从上至下的铁水夹层，使陶瓷杯失 去作用（见图３）。因此，在今后设计中应该消除 通缝，可以设计成台阶式结构（见图４）。 原结构中陶瓷杯砖有两层，而按照国外的研究 结果，陶瓷杯和炭块的厚度比应为４：１，因此，第 二层陶瓷杯砖不能发挥保护炭块的作用，应该取消。 （３）咬合砌筑工作原理 一些设计人员和使用者担心由于咬合砌筑炭块 和陶瓷砌体的膨胀率不一样，会导致在咬合部位发 ｌ一炉底、炉缸保护砖；２一横压碳砖；３—低水泥刚玉 捣打料；４一半石墨炭砖；５一复合棕刚玉陶瓷杯。 图３炉缸陶瓷杯结构 ２０１０年第３期（总１３５期） ｙｚ．ｊｓ＠ｃｆｈＬｃｏｍ １一炉缸环砌炭块；２一炉缸环砌陶瓷杯砖； 。 ３一炉底砌陶瓷杯砖；４－－炉底炭块。 图４炉缸新结构 生断裂。根据理论分析和试验研究，并不会发生这 种现象。 ①经过计算，只要在砌筑时预留１．５ ｍｌＴｌ的砌 筑缝隙就完全可以消化两种不同材质耐火制品不同 热膨胀率的差值； ②为了消除用户的担心，可以考虑在咬合砌筑 时，每隔２～３层砌筑一层未焙烧的模压微孔炭砖。 由于陶瓷砌体在高炉开炉后４８ ｈ之内就可以完成 升温过程，与此同时也完成了热膨胀，而未焙烧的 模压炭砖，在炉温高于１５０℃以后，有一个结合剂 软化一挥发分挥发一焦化的完成焙烧过程。在结合 剂受热软化时，未焙烧的模压炭砖是具有“准可 塑”性的。未焙烧的模压炭砖在“准可塑”阶段完 全可以吸收陶瓷砌体热膨胀量。因此，对整体结构 不会产生破坏作用。此外，由于未焙烧的模压微孔 炭砖直接和陶瓷砌体接触，而根据生产实践，其工 作温度在１ ０００～１ １５０℃的范围内，在开炉后１０～ ｌ５天就完全可以完成焙烧。与此同时，由于是在 高炉内还原气氛下完全的焙烧，在裂解碳析出后， 还可以提高陶瓷砌体的使用性能； ③在正常的设计中，炭块（砖）和陶瓷砌体从 炉底到风口组合砖之间虽然是独立进行砌筑，但并 没有考虑两种材料的热膨胀不同而留出不同的膨胀 缝，基本上都是和风口组合砖直接接触。而在某些 高炉中修停炉时的检查中，却并没有发现陶瓷砌体 顶坏风口组合砖而形成的裂缝。 （４）咬合砌筑优点 ①由于消除了从下到上的通缝，即使局部陶瓷 砌体破损发生钻铁现象，也不会形成铁水积聚，因 此，彻底杜绝了铁水夹层的形成； ②生产３～５年以后，即使和炭块（砖）热面 接触砌筑的陶瓷杯砖被冲刷侵蚀掉，咬合在两层炭 块（砖）之间的陶瓷杯砖依然存在，这种结构和镶 砖冷却壁类似。夹在两层炭砖之间的剩余陶瓷砌体 砖，不但仍然能够发挥导热的功能，而且还比全炭 ４微孔炭块一小块陶瓷砌体分析 …１ 微孔大炭块一小块陶瓷砌体复合结构。大 炭块在砌筑时，大炭块砌体的内侧是边长为４００ ｍｍ组成的多边形。而小块陶瓷砌体的外侧（２３０ ｍｍ或３４５ ｍｍｘｌ５０ ｍｉｎｘ７５ ｍｍ）是由边长为１５０ 结构更容易形成凝结保护层，继续发挥陶瓷砌体的 （部分）作用； ③未焙烧的模压炭砖在生产中完全焙烧后可强 化炭砖和陶瓷杯砖的连接。 （５）改进效果及应注意问题 炉缸采用炭砖一陶瓷杯内衬新结构以后，高炉 冶炼规律发生了明显的变化。 ①炉缸耐火材料内衬层的温度梯度明显改变， 靠近渣铁面的炉衬温度梯度提高。开炉半年以后陶 瓷杯层和炭块接触面的温度，正常情况下在８００～ ９５０℃的范围内。如果低于７５０℃即相差１００ ｏＣ以 上，则表明炉缸炉墙结厚；②铁水物理热提高。同 样容积的高炉，在生铁含ｓｉ量相差不大的条件下， 有陶瓷杯和无陶瓷杯的比较，铁水温度提高１８～２１ ｃＩ二；③在正常的生产条件下，生铁含硅０．３５％左右 时，相当于无陶瓷杯层高炉生铁含硅０．５０％～０．５５％ 时的物理热水平。因此，生铁含硅可以降低０．１５％ ～０．２０％，吨铁焦比平均降低６～８ ｋｅ＃ｔ；④炉缸温度 提高以后，渣、铁水的流动性改善，提高了炉况对 外部条件变化的应变能力；⑤当炉温连续（２～３次 铁）低于热制度规定的下限时，渣铁仍然可以正常 流动；⑥长时间休风（超过８ ｈ的休风）送风后出 第一次铁时，渣铁的物理热提高，流动性改善，铁 口容易处理；⑦当长时间炉温偏高（ｓｉ在０．５％～ １．０％的范围）并含硫较低时炉缸墙容易结厚，需要 注意预防。 ３炉缸粘土保护砖 在鞍钢７号高炉应用自焙炭砖一陶瓷砌体复合 炉缸结构之前，高炉炉缸基本上采用综合炉底，炉 缸侧壁砌筑环形炭块。为了在烘炉时保护炭块不被 热风氧化，需另外砌筑一层粘土砖以保护炉缸环形 炭块。现在炉缸结构采用焙烧炭块（砖）一陶瓷杯 结构，陶瓷杯对炭块（砖）的保护作用远远超过粘 土保护砖。但是，在炉缸设计中依然砌筑粘土保护 砖，在实际生产中这层粘土砖不仅没有实际意义， 而且在开炉时还要消耗大量的焦炭。如果没有这层 粘土砖，开炉送风后有铁水生成时直接接触陶瓷杯 砖，含硅（在４．０％～６．０％的范围内）铁水填充了陶 瓷杯砖的气孔，阻止了碱金属对陶瓷杯砖的渗透侵 蚀破坏作用，更有利于延长陶瓷杯砖的使用寿命。 因此，在炉缸设计时应该取消粘土保护砖。 ｍｍ组成的多边形。两个边长不同的多边形在衔接 处必然存在很多三角缝。三角缝的大小和炉缸直径 及砌筑质量有关，炉缸直径越小和砌筑不标准，三 角缝就越大。在砌筑施工时又很难保证两个多边形 都十分规整，其结果是实际的三角缝比设计要大， 有时可达到１０ ｍｍ以上。因此，在设计两个多边 形组成的衔接时应留有１０ ｒｌｌｌＴｌ的缝隙，施工时用 热固树脂胶泥充填； （２）小块炭砖一小块陶瓷砌体复合结构。微孔 小块炭砖（２３０ ｍｍ或３４５ ｍｍｘｌ５０ ｍｍｘ７５ ｍｍ）和 小块陶瓷砌体和砌筑时，炭砖砌体内侧和陶瓷砌体 外侧，都是由边长１５０ｍｍ组成的多边形，两个多 边形在衔接时也必然存在三角缝。炉缸直径越大， 三角缝相应减小；炉缸直径小，三角缝相应增大， 对１ ０００ ｍ 以下的高炉。三角缝可达到３ ｍｍ以 上。在砌筑时由于多边形不可能确保十分规整，所 以三角缝也就更大。施工时三角缝也是用热固树脂 胶泥充填。 由于热固树脂挥发分高，在生产过程中挥发以 后必然产生大量的气孔并形成收缩缝。这些气孔和 收缩缝，既降低了充填层的机构强度，又影响了导 热和抵御铁水的渗透侵蚀能力。由于是从上到下的 通缝，当个别部位的陶瓷砌体侵蚀破损（首先是铁 口部位）后发生铁水渗透时，便会在从上到下的通 缝中逐渐积聚，而铁水积聚以后又会使通缝进一步 扩大，最后形成铁水夹层（中修停炉的调查结果表 明，铁水夹层厚度可达到５Ｏ～７０ １１１１１３）。形成铁水夹 层后不仅加速了陶瓷砌体的侵蚀，同时也会使陶瓷 砌体失去对炭块的保护作用。因此，从上到下的砌 体通缝便成为炭块一陶瓷砌体复合内衬结构中影响 陶瓷砌体使用寿命的关键环节。 ４ 结语 综上所述，在今后新高炉设计时应取消耐热混 凝土基墩；改进炉缸陶瓷杯砌筑结构，采用咬合砌 筑；取消炉缸粘土保护砖，这样既能保证高炉的长 寿，又能加快施工速度，降低投资。 收稿１３期：２０１０—０４—２１ ２０１０芏Ｅ第３期（总１３５期 ｊｓ＠ｃｆｈＬｃｏｍ
